智能建筑基本大纲

智能建筑基本知识大纲讲座报告人陈龙研究员（中国科学院自动化所）第一部分：智能建筑概述智能建筑最早出现于1984年美国康涅狄克州哈特福特市（Hartford）38层高的“都市大厦”（CityPlaceBuilding）我国的智能建筑开始于1991年，为北京20层的发展大厦到2000年底，国内已建成的智能大厦约有1500栋，其中上海约400栋、北京约300栋、广东约250栋、江苏200栋比较有代表性的有上海金茂大厦（88层）、深圳地王大厦（81层）、广州中信大厦（80层）等预计未来十年，我国新建的智能建筑将达到6000~8000座，约占全世界新建总数的一半智能小区的建设数量在5000个以上一.智能建筑的定义国家标准GB/T50314---2000《智能建筑设计标准》将智能建筑定义为“以建筑为平台，兼备建筑设备BA、办公自动化OA及通信网络系统CA，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境”智能建筑的核心是优化其结构（建筑环境结构）、系统（智能化系统）、服务（住用、用户需求服务）、管理（物业运行管理）这四个基本要素，使之能有效地管理资源，而在硬件和设备方面的寿命成本最小这就是经典的智能建筑3A理论（BA、CA、OA）还有在此基础上加上安全防范系统SA、消防报警系统FA而提出的5A（BA、CA、OA、SA、FA）经过这么多年的实践和探索，人们普遍认为3A的分类比较模糊智能建筑应改为建筑设备自动化系统BAS、通信网络系统CNS、信息网络系统INS三大部分三者通过结构化综合布线系统SCS和计算机网络技术进行有机集成（称为大3S集成）二.智能建筑的分类1.依建筑形式不同可分为•1)智能大厦•2)智能广场(位置相对集中的多栋建筑群体)•3)智能家居•4)智能小区(社区)•5)智能园区(包函很多公共区域的群体建筑)(1)智能大楼——指智能化单栋办公类大楼智能大楼的基本框架是将BA、CA、OA三个子系统结合成一个完整的整体，发展趋势则是向系统集成化、管理综合化和多元化以及智能城市化的方向发展，真正实现智能大楼作为现代化办公和生活的理想场所。(2)智能广场和大型建筑综合群——众多位置相对集中的智能大楼称之为智能广场的建筑群体，特别是城在市的中央商务区CBD，可能出现进行统一规划设计，利用平台、天桥等形式空间的流通和差异，是比团块式建筑更丰富空间的大型建筑综合体集写字楼、公寓、酒店、商场、娱乐于一身，规模宏大、功能齐全，空间紧凑，地上地下贯通、交通有机衔接、抗风险能力强。智能广场和大型建筑综合群，有着系统更大、结构更复杂的特点，都具有智能建筑集成管理系统IBMS，能对管辖的所有楼宇进行全面和综合的管理。(3)智能化住宅按我国“住宅设计规范”（GB50096—1999），对居民住宅建筑楼层规定划分为：1）低层住宅建筑：1层至3层，最高高度10m左右；2）多层住宅建筑：4层至6层，最高高度20m左右；3）中高层住宅建筑：7层至9层，最高高度30m左右；4）高层住宅建筑：10层至30层，最高高度90m左右住宅智能化的发展分为三个层次，首先是家庭电子化（HE，HomeElectronics），其次是住宅自动化（HA，HomeAutomation），最后是住宅智能化，美国称其为智慧屋（WH，WiseHouse），欧洲则称为时髦屋（SH，SmartHome）智能化住宅是指通过家庭总线（HDS，HomeDistributionSystem）把家庭内的各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置都并入到网络之中，进行集中或异地的监视控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调，提供工作、学习、娱乐等各项服务，营造出具有多功能的信息化居住空间。智能化住宅强调人的主观能动性，重视人与居住系统的协调，从多方面方便居住者的生活环境，全面提高生活的质量(4)智能化小区智能化小区是对有一定智能程度的住宅小区的笼统称呼。小区视其规模大小，根据“城市居住区规划设计规范”（GB50180-93）从建筑规划上可分为居住区、居住小区、居住组团、街坊式住宅布局等不同类型表1城市居住区分级•居住区10000---15000户30000---50000人居住小区2000---4000户7000---15000人居住组团300---700户1000---3000人智能化小区的基本智能被定义为“居家生活信息化、小区物业管理智能化、IC卡通用化”。智能小区建筑物除满足基本生活功能外，还要考虑安全、健康、节能、便利、舒适五大要素，以创造出各种环境（绿色环境、回归自然的环境、多媒体信息共享环境、优秀的人文环境等），从而使小区智能化有着不同的等级。小区智能化将是一个过程，它将伴随着智能化技术的发展及人们需求的不断增长而增长和完善，它表明了可持续发展性应是小区智能化的重要特性。(5)智能城市•在实现智能化住宅和智能化小区后，城市的智能化程度将被进一步强化，出现面貌一新以信息化为特征的智能城市，有时也称其为数字化城市。智能城市的主要标志首先是通讯的高度发达，光纤到路边FTTC（FiberToTheCurb）、光纤到大楼FTTB（FiberToTheBuilding）、光纤到小区FTTZ（FiberToTheZone）、光纤到家庭FTTH（FiberToTheHome）其次是计算机的普及和城际网络化，屈时，在经历了“统一的连接”、“实时业务的集成”、“完全统一”（FullConvergence）三个发展阶段后，将出现在网络的诸多方面进行统一的“统一网络”。计算机网络将主宰人们的工作、学习、办公、购物、炒股、休闲等几乎所有领域，电子商务成为时尚；再次是办公作业的无纸化和远程化。透过计算机网络，将有助于避免城市人口的过度集中，可以协助解决城市功能负荷过重等难题，还能够有效地预防及控制城市灾害的发生。而实现人与建筑和环境的共生共荣则是智能城市追求的目标。(6)智能国家•智能国家是将各城际网络互连成广域网，地域覆盖全国，从而可方便地在全国范围内实现远程作业、远程会议、远程办公。也可通过Internet或其它通讯手段与全世界相沟通，进入信息化社会，整个世界将因此而变成地球村一般。总体而言，智能建筑可以分成智能大楼和智能小区两大类。两者既有同属智能建筑的共性，也有各自不同的特性，两者投资强度、使用对象、发展重点都不一样。2.依用途不同的形式有•社区•写字楼•会展中心•体育比赛场馆•博物馆•部队大院/高等院校特别是部队大院和高等院校的园区，一方面是单体或多体建筑，另一方面是园区公共区域的建筑；既有地上，又有地下；既有楼内，又有室外；它要求从整个园区的高度来统筹规划智能化系统，提供多媒体信息服务和一体化的集成与综合管理，要求较高三.智能建筑的组成单元建筑设备自动化系统BAS通信网络系统CNS综合布线系统SCS信息网络系统INS集成系统IBMS1.建筑设备自动化系统，是以集中监视、控制和管理为目的构成的综合系统主要包括楼宇设备控制系统BAS、安全防范系统SAS、消防报警系统FAS三大部分楼宇设备控制系统是智能建筑存在的基础，它包含了维持该建筑正常运行的机电设备调节控制智能建筑中的控制网络，具有开放的通信协议、担负着测量控制任务，是控制网络系统最显著的特征BACnet网络和LonWorks等都是适用于智能建筑控制系统的控制网络（1）Echelon公司的LONworks协议，网络操作系统结构可以使用主从式、对等式和现在的客户机/服务器方式，它不受总线网络拓扑单一形式的限制，可以选用任意形式的网络拓扑结构。它的通信介质也不受限制，可用双绞线、电力线、光缆、射频、红外线等，并可在同一网络中混合使用。（2）建筑物自动化网络通信协议BACnet。它是个完全开放性的楼宇自控网，由楼宇自控设备功能及信息数据的表示方式、5种规范局域网协议以及它们之间相互通信采用的协议等部份组成此外，还有适用于现场传感器和执行器的现场总线AS-i（其含义是‘作为接口’as-interface）它有工业控制自动化系统仪表层的国际标准IEC62026楼宇控制系统主要产品•美国Honeywell公司的Excel5000或EBI•美国Johnsons公司的Metasys•德国西门子楼宇科技公司的S600Aprogee美国安德沃公司的楼控系统Continuum基于BACnet协议的楼控系统1)美国ALC公司的WebCTRL2)加拿大Delta系统基于Lonworks的楼控系统TAC控制对象包括：•1)空调系统•2)变配电系统•3)给排水系统•4)照明控制系统•5)电梯系统楼宇设备控制系统以及提供安全保障的安全防范系统和消防系统，形成建筑设备管理系统BMS（俗称小3A集成）是以控制为目的所做的控制信息集成BMS可以采用以楼宇设备控制系统为主的模式来进行集成消防系统主要产品1)美国Honeywell下属的Notifier公司产品2)美国GE下属的Edward公司产品3)日本能美公司、日探公司产品安全防范系统有三大部分：(1)电视监控系统(2)防盗报警系统(3)门禁控制系统电视监控矩阵系统主要产品美国Pelco、AD日本松下中国AB、红苹果防盗报警系统主要产品美国Honeywell（C&K、Adembo）、DS日本Aleph门禁控制系统主要产品美国西屋电器的NextWatch以色列的DDS2.智能建筑中的通信和网络系统（1）智能建筑对CNS所需服务的要求可归纳为“5W1H”5W指无论是谁或与谁进行通信Whoever/Whomever（通信自由性选择）、无论采用什么方式进行通信Whatever（通信服务多样性）、无论在什么时间进行通信Whenever（通信随时性）、无论在哪里与那里进行通信Wherever（通信全方位、无约束性）1H是无论怎样进行通信However（通信操作方便、实时、安全性）通信网络系统是沟通建筑物内外信息交流的纽带，可以认为是建筑物的“触角”，（2）智能建筑中的信息网络信息网络通常是指计算机局域网络以太网系列大有主宰计算机网络的趋势不仅有信息领域的标准以太网、快速以太网、千兆以太网、万兆以太网等齐全品种，还有控制领域的工业以太网，基本上能够满足各种应用需求其锋芒所在使得令牌环网、光纤分布数据接口FDDI等不断受到打压而正逐步退出网络舞台，就连异步传输模式ATM也失去了往日的光环IT界已不再寻找替代以太网的技术，而是转向扩大其功能和应用领域在以太网的传输介质中，重点也已转向高带宽的5类、6类UTP和光缆宽带网络技术已逐渐地成为“知识经济”和网络紧贴时代脉搏的代名词，（3）现代以太网是未来网络的最终归宿现代以太网的特点如下1）以太网已从总线型——星型——环路结构2）从共享——交换——全双工交换——时分复用全双工交换3）从单链路——聚合链路4）从CSMA/CD的尽力而为——CoS/QoS5）从一般的数据传输——多媒体信息传输6）从L2交换——L3交换——L4交换在智能建筑中，基于以太网的多级交换有着突出的重要性，交换式以太网将是应用的重点有着网络第二层及第三层交换功能的局域网交换机将占据重要的地位，网络系统有代表性的产品美国思科（Cisco）公司、3Com公司、Avaya公司、我国华为公司、中兴公司的产品（4）除有线局域网系统外，无线局域网的应用将会有很大的发展IEEE2003年6月12日已批准了802.11g标准，蓝牙技术已嵌入到笔记本电脑甚至手机之中（5）随着网络应用的普及，网络的安全保证日显其重要性有网络，就存在网络安全问题应集合防火墙、入侵检测、虚拟专用网VPN、内容过滤及病毒防护等多方面措施来加以防范和保证智能建筑中存在信息网络和控制网络二类网络，各有不同的体系结构和服务功能智能建筑的信息网络可交由电信运营商带资建设和运营在一定程度上可以认为智能建筑的集成是信息网络和控制网络的融合和集成但由于两者的侧重点不同，如何能够将两者实现有机地集成，是有一定难度的3.在网络应用的基础上，使办公业务实现自动化办公自动化系统向人们提供方便快捷的工作生活环境。也可从事电子商务或视频点播、